JP2017180663A - グランドパッキン、及び、グランドパッキンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記グランドパッキンは、例えば、図2に示すように、ポンプなどの流体機器10において、パッキンボックス1とパッキンボックス1内に配置された軸2との間に形成された環状空間Aに、複数(図例では3つ)軸方向に並べて設置される。これらのグランドパッキン3は、パッキンボックス1の内周側段部5と、大気側に設けられている筒状の締め付け部材4との間に軸方向から挟まれた状態にある。
そして、締め付け部材4がボルト6によって流体9側(軸方向内部側)へ締め付けられると、グランドパッキン3は軸方向に圧縮され、さらに、グランドパッキン3は圧縮されるにつれてパッキンボックス1の内周面1a及び軸2の外周面2aに密着する。これにより、パッキンボックス1内の流体9が大気側へ漏れるのを防止することができる。
本発明者らはこのような要望を達成すべく鋭意検討を行い、シール性に優れるグランドパッキンを完成した。
軸方向に並んで配置された環状の第1パッキン部及び第2パッキン部と、上記第1パッキン部と上記第2パッキン部とのそれぞれの内周面同士又は外周面同士を連結する連結部とを備え、
上記各パッキン部は、渦巻き状に巻回された複層構造を有する、ことを特徴とする。
また、上記グランドパッキンにPTFEや流動パラフィン等が含浸されている場合、上記グランドパッキンは、これらの成分を上記ディンプルで確実に保持することもできる。
このようなグランドパッキンは、第1パッキン部と第2パッキン部との間で流体を保持し、さらに保持した流体の圧力によって第1パッキン部と第2パッキン部とを連結する連結部が軸又はハウジングに押し付けられるため、優れたシール性能を発揮することができる。
(a)編み糸をニット編みして、筒状のニット編物を作製する工程と、
(b)上記筒状のニット編物の両端部のそれぞれを、他方の端部に向かって内径側又は外径側に巻き重ねていき、一方の端部から上記ニット編物を巻き重ねた第1巻回部と、他方の端部からニット編物を巻き重ねた第2巻回部とが、軸方向に並んで配置されたニット編物からなる環状のシール部材を作製する工程と、
を含むことを特徴とする。
上記グランドパッキンの製造方法では、筒状のニット編物を作製した後、筒状のニット編物の両端部のそれぞれを他方の端部側に向かって巻き重ねていき、巻き重ねられたニット編物で構成される2つの巻回部を備えた環状のシール部材を作製することで、グランドパッキンを製造する。
ここで、最初にニット編物の長さが長くしておくと、巻回部を作製する際に巻き重ねられるニット編物が多くなるため、同一密度で軸方向断面の寸法が大きいグランドパッキンを製造することができる。逆に、ニット編物の長さが短くしておくと、巻回部を作製する際に巻き重ねられるニット編物が少なくなるため、同一密度で軸方向断面の寸法が小さいグランドパッキンを製造することができる。
つまり、本発明の製造方法は、グランドパッキンの設計変更(軸方向の断面寸法の変更)に容易に対応可能である。
例えば、圧縮前の断面(長さ方向に垂直な断面)の寸法が同一の紐状のパッキン基材を用いて、圧縮後の断面(径方向に沿って切断したときの断面)の寸法が異なり、内径が同一の環状のグランドパッキンを製造することは、圧縮前の紐状のパッキン基材の長さを変更することで一応は対応可能である。具体的には、断面寸法が大きいグランドパッキンを製造する場合は紐状のパッキン基材の長さを長くし、断面寸法の小さいグランドパッキンを製造する場合は紐状のパッキン基材の長さを短くすればよい。
また、紐状のパッキン基材の端面同士を突き合わせた状態で圧縮成型することにより環状のグランドパッキンを製造する場合、圧縮成形前の紐状のパッキン基材の断面寸法より大きい断面寸法を有する環状のグランドパッキンは製造することができない。
これに対して、本発明のグランドパッキンの製造方法では、上述した通り、筒状のニット編物の長さ寸法を変更するだけで、グランドパッキンの寸法変更に容易に対応することができる。
この場合、上記巻回部において、ニット編物同士がより密着された状態になる。そのため、上記環状のシール部材を圧縮することにより、上記巻回部からなるパッキン部を備えたグランドパッキンのシール性を更に向上させることできる。
また、上記圧縮工程を行うことにより、所定の寸法のグランドパッキンをより効率良く製造することができる。
本発明のグランドパッキンの製造方法によれば、本発明のグランドパッキンを好適に製造することができ、その際、グランドパッキンの寸法変更に容易に対応することができる。
図1(a)は、本実施形態に係るグランドパッキンを模式的に示す斜視図であり、(b)は、(a)のA−A線断面図である。図2は、グランドパッキンが用いられている流体機器の部分断面図である。
図1(a)(b)に示すように、本実施形態に係るグランドパッキン3は、断面(径方向に沿って切断したときの断面)が略正方形で環状の部材であって、全体がニット編物からなり、軸方向(図1(a)中、上下方向)に並んで配置された第1パッキン部3Aと第2パッキン部3Bとを備える。グランドパッキン3は、全体がニット編物からなるためシール性と潤滑性とに優れる。
グランドパッキン3は、バルブ、ポンプなどの流体機器に取り付けて使用される。
グランドパッキン3は、パッキンボックス1と軸2との間に形成されている環状空間Aに軸方向に並べて配置されている。本実施形態では3つのグランドパッキン3が並べて配置されている。なお、軸2は、軸2の中心線回りに回転したり、軸方向に往復移動したりする。
第1パッキン部3A及び第2パッキン部3Bは、それぞれニット編物20が渦巻き状に巻回された複層構造を有している。
また、第1パッキン部3Aと第2パッキン部3Bとは内周面側がニット編物20からなる連結部3Cによって連結されている。一方、第1パッキン部3Aと第2パッキン部3Bとの間の外周面側の部分3Dは開放されている(図1(a)(b)参照)。
このようなグランドパッキン3は、図4に示すような両端部21A,21Bが開口した筒状のニット編物20からなり、筒状のニット編物20の一方の端部21Aが他方の端部21B側に巻き重ねられた第1パッキン部3Aと、他方の端部21Bが一方の端部21A側に巻き重ねられた第2パッキン部3Bとが軸方向に並んで配置されている。
また、グランドパッキン3では、筒状のニット編物20の端部21A,21Bが第1パッキン部3A及び第2パッキン部3Bの内部に包み込まれた状態となっており、端部21A,21Bが外部に露出していないため、端部21A,21Bの解れに起因する不具合が発生することもない。
また、グランドパッキン3には、流動パラフィン等の潤滑剤が含浸されている。そのため、グランドパッキン3は、軸2やパッキンボックス1との摺動抵抗が低くなっている。
上記潤滑剤としては、流動パラフィン以外に、他のパラフィン系潤滑剤、シリコン系潤滑剤、ワックス系潤滑剤等を用いることもできる。これらの潤滑剤は、単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
なお、本発明の実施形態に係るグランドパッキンは、必ずしもPTFEや潤滑剤を含有していなくても良い。
上記有機繊維としては、例えば、木綿、レーヨン、フエノール繊維、PTFE繊維、ポリノジック繊維、アラミド繊維、PBO繊維、PBI繊維、PPS繊維、PEEK繊維等が挙げられる。
上記無機繊維としては、例えば、炭素繊維、セラミック繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
上記金属繊維としては、例えば、ステンレス線、インコネル線、モネル線等が挙げられる。
これらは、単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
上記編み糸は、伸縮性に優れるニット編物を作製するのに適している点から、有機繊維が好ましい。
上記編み糸が単糸の場合、上記編み糸の質量は特に限定されないが、0.1〜0.5g/mが好ましい。また、上記編み糸が単糸の場合、編み糸の見かけ太さは特に限定されないが、0.1〜2.0mmが好ましい。
図3は、本実施形態に係るグランドパッキンの製造工程の説明図である。
図4は、本実施形態で用いられる筒状のニット編物を模式的に示す斜視図である。
図5は、本実施形態に係るグランドパッキンの製造過程の途中の状態を模式的に示す断面図である。
図6は、本実施形態で製造される環状のシール部材を模式的に示す一部切欠斜視図である。
なお、本実施形態では、両端部が開口した筒状のニット編物(シール素材)において、一方の開口部から他方の開口部に向かう方向(図4中、左右方向)を長さ方向とし、この長さ方向に垂直な方向(図4中、上下方向)を幅方向とする。また、筒状のニット編物(シール素材)の寸法(長さ、幅及び厚さ)は、上記筒状のニット編物を、筒状のニット編物の側面を下にして平板上に静置して測定した寸法をいう。
上記ニット編物の作製は、ニット編機を用いて、公知の手法にて行うことができる。
ここでは、図5に示すように、シール素材20のそれぞれの端部21A、21Bを他方の端部21B、21Aに向かって外周面22A側に巻き重ねていく(内周面22Bが外周側を向くように巻き重ねていく)。この操作は、シール素材20の端部21A、21Bのそれぞれから同じ巻き重ね量で行う。これにより、図6に示すようなシール素材20の外周側の中央部付近で、一方の端部21A側から巻き重ねられた第1巻回部23Aと他方の端部21B側から巻き重ねられた第2巻回部23Bとが互いに突き当たり、第1巻回部23Aと第2巻回部23Bとがシール素材20の長さ方向に並んで配置された環状のシール部材23が作製される(ステップS5)。環状のシール部材23において、第1巻回部23Aと第2巻回部23Bとは内周面側でシール素材20によって連結されている。
このような工程(5)を経ることにより、第1巻回部23A及び第2巻回部23Bにおいて、ニット編物同士が充分に密着した状態となり、グランドパッキンにおける流体のシール性がより高まるようになる。
このとき、環状のシール部材23の圧縮条件は特に限定されないが、例えば、4.9〜14.7N/mm2の面圧条件で加圧(プレス)すれば良い。
本実施形態に係るグランドパッキンの製造方法では、上記筒状のニット編物を作製した後、このニット編物を裁断して作製するシール素材20の長さや幅、シール素材の端部を巻き重ねて形成する第1,第2巻回部の寸法等を調節することにより、同一のニット編物を用いて、種々の寸法のグランドパッキンを製造することができる。
従って、本実施形態のグランドパッキンの製造方法では、異なるサイズのグランドパッキンを効率良く製造することができる。
図7は、(a)は、第2実施形態に係るグランドパッキンを模式的に示す斜視図であり、(b)は、(a)のB−B線断面図である。
本実施形態に係るグランドパッキン33は、第1実施形態に係るグランドパッキン3と比べて、連結部の位置が異なる。即ち、第1実施形態に係るグランドパッキン3では、連結部3Cがグランドパッキン3の内周面側に設けられているのに対し、本実施形態に係るグランドパッキン33では、連結部33Cがグランドパッキン33の外周面側に設けられている。従って、グランドパッキン33において、第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとの間は、外周面側が連結部33Cによって連結され、内周面側の部分33Dは開放されている。
このようなグランドパッキン33は、第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとの間への内周側からの流体の侵入(図中、33Dの部分からの侵入)を許容しつつ、侵入した流体が外周側に抜けるのを連結部33Cで防止することができる。そのため、グランドパッキン33は、第1実施形態に係るグランドパッキン3と同様、第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとの間で流体を保持し、さらに保持した流体の圧力によって第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとの連結部33Cがパッキンボックス1に押し付けられるため、優れたシール性能を発揮することができる。
また、グランドパッキン33でも、シール素材20の端部が外部に露出していないため、端部の解れに起因する不具合が発生することもない。
即ち、本実施形態では、図4に示したシール素材20のそれぞれの端部21A、21Bを他方の端部21B、21Aに向かって内周面22B側に巻き重ねていく(外周面22Aが内周側を向くように巻き重ねていく)。
このような向きで、シール素材20の両端部21A,21Bを巻き重ねて環状のシール部材を作成した後は、第1実施形態における工程(5)と同様にして、シール部材23を圧縮して所定の寸法の環状の成形体とする。
これにより、図7に示したような、第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとを備え、第1パッキン部33Aと第2パッキン部33Bとが外周面側で連結されているグランドパッキン33を製造することができる。
本実施形態に係るグランドパッキンは、第1実施形態と同様、シール性及び潤滑性に優れる。また、本実施形態の製造方法は、第1実施形態と同様、異なるサイズのグランドパッキンを効率良く製造することができる。
本発明の実施形態に係るグランドパッキンは、内部にゴム製のOリング等の弾性素材からなる環状のシール部材を備えていても良い。
図8は、本実施形態に係るグランドパッキンを模式的に示す断面図である。
本実施形態に係るグランドパッキン43は、図8に示すように、第1,第2パッキン部43A,44BのそれぞれにOリング44が埋設されている。グランドパッキン43は、Oリング44を備えることにより、軸2との密着性により優れたものとなる。
なお、グランドパッキン43は、Oリング44が埋設されており、断面形状が略長方形である以外、その他の構成は第1実施形態のグランドパッキン3と同様である。
なお、本実施形態では、第1,第2パッキン部43A,43BのそれぞれにOリング44が埋設されているが、本発明の実施形態において、上記Oリングはいずれか一方のパッキン部にのみ埋設されていても良い。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更することができる。
第1〜第3実施形態では、ニット編物からなるシール素材を作製した後、このシール素材にPTFEや流動パラフィン等の潤滑剤を含浸させているが、本発明の実施形態では、ニット編物を作製するための編み糸にPTFEや流動パラフィン等の潤滑剤を含浸させても良い。
また、本発明の実施形態では、PTFEや流動パラフィン等の潤滑剤を含浸させる工程は任意の工程であり、いずれか一方の工程のみを行っても良いし、両工程を行わなくても良い。
従って、上記シール部材は、グランドパッキンとして用いることもできるし、グランドパッキンを得るためのグランドパッキン用素材として用いることもできる。
〔実施例1〕
ここでは、第1実施形態のグランドパッキンを製造した。
(1)レーヨン繊維(レンチング社製、テンセル)の単糸(質量:0.15g/m、見かけ太さ:0.66mm)を出発材料とし、ニット編機を使用して筒状のニット編物を作製し、長さ300mmに裁断してシール素材20とした。
ここで、ニット編機としては、36本の針が円周上に配置され、釜径(針が配置された円周がなす円の直径)が54mmのニット編機を使用した。
また、上記ニット編物の網目寸法は、図9に示した形状の網目において、a〜dのそれぞれの寸法が、a=2.0mm、b=1.3mm、c=0.1mm、d=4.6mmであった。図9はニット編物の網目を示す図である。
シール素材20の外観寸法は、側面が下になるように平板上に載置した状態で、長さ300mm×幅30mm×厚み1.38mmであった。
上記(1)〜(3)の工程を経て作製されたシール素材20の組成は、レーヨン繊維(テンセル)44質量%、PTFE44質量%、流動パラフィン12質量%であった。
(1)レーヨン繊維(レンチング社製、テンセル)の集合糸(10本、質量:1.50g/m、見かけ太さ:1.67mm)を出発材料とし、この集合糸をPTFEディスパージョン(PTFE:水=6:4)に浸漬し、乾燥させて上記集合糸にPTFEを含浸させた。続いて、集合糸に流動パラフィンを含浸させた。これにより、PTFE及び流動パラフィンが含浸されたレーヨン繊維の集合糸を作製した。集合糸の組成は、レーヨン繊維(テンセル)50質量%、PTFE40質量%、流動パラフィン10質量%であった。
実施例1及び比較例1のそれぞれで作製したグランドパッキンのシール性能を、図10、11に示した漏洩試験装置を用いて測定した。
図10は、実施例で使用した漏洩試験装置を示す図であり、図11は、実施例で使用した漏洩試験装置が備えるシール装置101を示す図である。
(漏洩試験装置)
漏洩試験装置100は、漏洩試験部分102、軸受103、回転継手104、トルク検出部105、軸受106、伝動ベルト107、原動機(モーター)108、漏洩測定部109などが試験枠122に図示のように配置されている。
漏洩試験部分102は、図11に示すように、流体入口110、シール装置101を備えるシールボックス111、及び、流体出口112などを備えている。113は、タンク114内の水などを流体入口110に供給する供給流路116に介装されたポンプである。
漏洩測定部109は、図10に示すように、シール装置101から漏れてくる水を受止めて貯留可能な貯め容器109Aと、貯め容器ごと漏れ出た流体の重さを測る重量計109Bとを備えている。なお、図10、11における垂下する破線は、漏れ流体の落下経路を模式的に示したものである。
シール装置101は、シール用流体の入口側のジャケット温度を測る第3温度計123、シール用流体の出口側のジャケット温度を測る第4温度計124も備えている。また、シール装置101は、グランドパッキンGの温度(パッキン温度)を測る第5温度計125も備えている。
漏洩試験装置100による漏洩試験は下記の手順で行った。
(1)内径32mm、外径48mm、軸方向寸法8mmのグランドパッキンGの4個を1セット(4リング1セット)として、ポンプを模したシール装置101のグランド部111Aに組み込んだ。
(2)流体(水:常温)に所定の圧力(0.1MPa)を負荷した。
(3)次に、流体の漏洩量を測定しながら、グランドパッキンGの締付圧を徐々に増加させ、上記漏洩量が40cc/minのなった際の締付力を初期締付力として記録した。
このとき、第5温度計125を使って、グランドパッキンG付近のグランド部111Aの温度を測定し、当該温度を初期温度として記録した。
(4)その後、回転軸(シャフト)119を3600rpmでの回転数で回転させ、1時間後の流体の漏洩量(cc/min)を測定した。また、1時間後のグランド部111Aの温度を測定し、初期温度との温度差(温度変化)を算出した。
評価結果を表1に示した。
Claims (3)
- 全体がニット編物からなる環状のグランドパッキンであって、
軸方向に並んで配置された環状の第1パッキン部及び第2パッキン部と、前記第1パッキン部と前記第2パッキン部とのそれぞれの内周面同士又は外周面同士を連結する連結部とを備え、
前記各パッキン部は、渦巻き状に巻回された複層構造を有する、ことを特徴とするグランドパッキン。 - 環状のグランドパッキンを製造する方法であって、
(a)編み糸をニット編みして、筒状のニット編物を作製する工程と、
(b)前記筒状のニット編物の両端部のそれぞれを、他方の端部に向かって内径側又は外径側に巻き重ねていき、一方の端部から前記ニット編物を巻き重ねた第1巻回部と、他方の端部からニット編物を巻き重ねた第2巻回部とが、軸方向に並んで配置されたニット編物からなる環状のシール部材を作製する工程と、
を含むことを特徴とするグランドパッキンの製造方法。 - 前記工程(b)で得られたニット編物からなる環状のシール部材を圧縮する工程を更に含む、請求項2に記載のグランドパッキンの製造方法。
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